Descripción - Escuela de Ingeniería Electrónica

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE COSTA RICA
ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA
Curso:
Código:
Tipo de curso:
Créditos:
Horas por semana:
Requisito:
Correquisito:
Suficiencia:
Asistencia:
Profesor:
Semestre:
Horario:
Consulta:
Diseño Lógico
EL-3302
Teórico
4
4
CA-3125
EL-3301
No
Obligatoria
Roberto Pereira Arroyo
I semestre - 2006
M 9:30-11:20, V 10:30-12:20
M 15:00-16:50
Descripción
Durante el curso se presentarán los fundamentos del diseño lógico y el diseño digital electrónico,
así como las prácticas más comunes utilizadas en este campo, con la finalidad de desarrollar
sistemas digitales avanzados que combinen características combinacionales y secuenciales.
Con el avance de las tecnologías digitales de procesamiento de información, es prácticamente
imposible hallar hoy en día una actividad humana que no dependa en gran medida de los sistemas
digitales, desde los ámbitos de comunicaciones y transporte hasta la producción automatizada de
bienes y servicios, pasando por los campos de la salud y la educación. Por ello, en este curso el
estudiante recibirá los fundamentos de las técnicas y herramientas disponibles hoy en día para el
diseño de sistemas digitales que resuelvan problemas de distinta índole.
1.
Objetivo general
Aplicar los conocimientos adquiridos en el curso para el desarrollo de destrezas en el diseño de
circuitos digitales combinacionales y secuenciales.
2.
2.1
2.2
Objetivos específicos
Definir los conceptos básicos y el rango de acción de los sistemas digitales.
Dominar los distintos sistemas numéricos de representación de datos y los códigos binarios
usados en el proceso digital de información.
2.3 Comprender las características de las tecnologías electrónicas esenciales usadas en la
fabricación de sistemas digitales.
2.4 Decidir el uso de diversos tipos de compuertas lógicas para el correcto funcionamiento
eléctrico de los circuitos digitales.
2.4 Conocer los principios del diseño lógico combinacional, los axiomas que lo gobiernan, y las
técnicas para su análisis.
2.5. Dominar las prácticas fundamentales de diseño de sistemas combinacionales lógicos y
aritméticos.
2.6. Decidir sobre el uso de circuitos combinacionales lógicos y aritméticos en la solución de
problemas.
2.7. Conocer los principios del diseño lógico secuencial, los axiomas que lo gobiernan, y las
técnicas para su análisis.
2.8. Dominar las prácticas fundamentales de diseño y análisis de sistemas secuenciales de
almacenamiento de información y control.
2.9. Decidir sobre el uso de circuitos secuenciales en la solución de problemas.
2.10. Desarrollar el hardware de un controlador digital.
2.11. Aplicar correctamente los criterios de diseño del software para un controlador digital.
2.12. Discutir el diseño y uso de diversas máquinas secuenciales de estados finitos para la
solución de problemas específicos.
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ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA
3. Contenido
3.1
Principios y usos de los sistemas digitales (1/2 semana)
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
3.2
Características internas de las compuertas lógicas (1 y 1/2 semanas)
a)
b)
c)
d)
e)
f)
3.3
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
i)
j)
Representación de funciones lógicas
Álgebra de conmutación
Análisis de circuitos combinacionales
Síntesis de circuitos combinacionales
Riesgos de temporización
Circuitos Combinacionales (1 semana)
a)
b)
c)
d)
e)
3.6
Sistemas numéricos posicionales
- Sistema binario
- Sistemas octal y hexadecimal
Conversiones generales entre sistemas numéricos posicionales
Suma y resta de números no decimales
Representación de números signados
Suma y resta con complemento a la base
Multiplicación y división binaria
Códigos binarios
Cubos n y distancia
Códigos de detección y corrección de error
Códigos para el almacenamiento y transmisión en serie
Funciones y circuitos lógicos (2 semanas)
a)
b)
c)
d)
e)
3.5
Implementación electrónica de funciones lógicas.
Tecnologías de fabricación de compuertas: CMOS y TTL.
Análisis de circuitos electrónicos de compuertas lógicas.
Características eléctricas estáticas y dinámicas de las familias lógicas:
Familias lógicas comerciales.
Transceptores y buses.
Sistemas numéricos y códigos binarios (1 semana)
a)
3.4
Diseño.
Definición de sistema digital.
Diferencias entre sistema analógico y sistema digital.
Diferentes usos de los sistemas digitales.
Representación de información digital por medio de variables y funciones binarias.
Definición de operadores lógicos.
Tablas de verdad.
Codificadores.
Decodificadores.
Multiplexadores (MUX).
Demultiplexadores (DEMUX).
Memorias combinacionales (ROM).
Circuitos Aritméticos (2 semanas)
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a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
3.7
Circuitos secuenciales (3 semanas)
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
i)
j)
k)
l)
m)
3.8
Medio sumador.
Sumador completo.
Sumador paralelo.
Cálculo adelantado del acarreo.
Aritmética en complemento a dos.
Resta binaria
Unidades lógico-aritméticas (ALU)
Desplazadores circulares
Elementos biestables
Cerrojos y Flip-flops
Análisis de una máquina de estados finitos sincrónica temporizada (FSM)
Diseño de una FSM sincrónica temporizada
Diseño de una FSM con diagramas de estado
Cerrojos y flip-flops SSI
Registros y cerrojos de bits múltiples
PLD secuenciales
Contadores
Registros de corrimiento
Metodología del diseño sincrónico
Impedimentos para el diseño sincrónico
 Sesgo del reloj
 Disparo del reloj
 Entradas asincrónicas
Metastabilidad y fallas de sincronía
Circuitos aritméticos avanzados (1 semana)
a) Circuitos para multiplicación y división binaria
b) ALUs complejas y registros de banderas
3.8
Controladores avanzados (4 semanas)
a)
b)
Diseño de controladores complejos con dispositivos PLD
Diseño de controladores basados en memorias (microprogramados)
4. Metodología
Clases magistrales: el profesor desarrollará los temas del curso, en algunas ocasiones
se podrán proyectar presentaciones.
Trabajo individual: espacio para la producción y reflexión de cada participante a través
de ejercicios propuestos por el profesor.
Exámenes: Se realizarán exámenes escritos. El primero abarcará la materia vista durante
las primeras ocho semanas. El segundo se aplicará en la fecha establecida por
Admisión y Registro para la evaluación final y comprenderá toda la materia vista
durante el curso.
5. Evaluación
50% Primer examen, semana 9
50% Segundo examen: todos los temas
Fecha asignada por Oficina de Registro
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Nota: Si el promedio de ambos exámenes está entre 60 y 67.5 se tiene derecho a examen de
reposición. Fecha estipulada por Registro.
6. Bibliografía
Wakerly, J.F. Diseño digital. Principios y prácticas Prentice Hall: México DF,
2001.
Mano, M. Morris. Diseño Digital. Tercera edición. Pearson-Prentice Hall: México DF, 2003.
RPA
3 de febrero 2006